Wetenschap - 20 november 1997

M13 vermomt zich en infiltreert in bacterie

M13 vermomt zich en infiltreert in bacterie

M13 vermomt zich en infiltreert in bacterie
Yves Bollen, Moleculaire fysica
Een bacteriofaag is een ontzettend simpel ding. Het is het meest eenvoudige ding dat zich nog kan voortplanten, zegt vijfdejaars Moleculaire wetenschappen Yves Bollen. Hij heeft voor zijn afstudeervak Moleculaire fysica onderzoek gedaan naar de rol die een eiwit van bacteriofaag M13 speelt bij de voortplanting
Veel stelt M13 inderdaad niet voor, zo blijkt uit de sheets die Bollen op zijn colloquium toont: een enkele streng DNA met daarop tien genen gecodeerd. Het geheel is verpakt in een eiwitjasje. De eiwitmantel die de DNA-streng omhult, bestaat hoofdzakelijk uit een en hetzelfde eiwit. Alleen aan kop en staart van de streng zitten vijf kopieen van twee andere eiwitten. Het is net of de streng aan weerszijden een stopje heeft, zegt Bollen
Voor zijn voortplanting is een bacteriofaag afhankelijk van bacterien. De bacteriofaag dringt de cel van een bacterie binnen en laat de bacterie zijn genetisch materiaal aflezen en kopieren. De bacteriofaag houdt de bacterie daarbij voor de gek, want de bacterie meent dat zij een stukje eigen DNA kopieert. Een bacteriofaag is dus een parasiet, legt Bollen uit. Bacteriofagen worden om die reden ook wel bacterievirussen genoemd
Wanneer M13 een bacterie binnendringt, blijft zijn eiwitjas in het membraan plakken. Alleen de DNA-streng komt dus in het cytoplasma van de bacterie terecht. De bacterie kopieert vervolgens de DNA-streng en maakt de bijbehorende eiwitjes. De DNA-streng wordt daarbij ingepakt in een eiwit dat beschermt tegen aanvallen van enzymen in het cytoplasma. Bij het verlaten van de bacterie wordt de DNA-streng ontdaan van deze tijdelijke beschermlaag en trekt ze haar gewone eiwitjas weer aan. Hoe deze assemblage plaatsvindt, is echter niet precies bekend
Een theorie is er wel. De DNA-streng heeft aan haar uiteinde een soort lus. Deze lus wordt volgens de theorie herkend door de manteleiwitten die thuishoren aan de top van de bacteriofaag, gen 7 en gen 9. Deze manteleiwitten zijn in het membraan van de bacterie gaan zitten. De eiwitten hechten zich aan de streng en trekken haar door het membraan. Ondertussen valt de tijdelijke beschermlaag van de streng af en wordt de gewone jas er weer aan geplakt
Als deze theorie klopt, is het logisch dat gen 9 en 7 rechtop in het membraan staan, zegt Bollen. Voor zijn afstudeervak heeft Bollen geprobeerd dat te verifieren. Hij koos daarbij om praktische redenen voor gen 9, een prutsdingetje van 32 aminozuren. Met het andere eiwit valt moeilijk te werken. Dat plakt snel aan elkaar en dan krijg je een grote eiwitklomp.
Voor zijn onderzoek ging Bollen ervan uit dat gen 9 is opgerold tot een spiraaltje, een zogenaamde helix. Met behulp van een bestaand model kon Bollen berekenen in hoeverre dit spiraaltje in het membraan zit en welk deel in het cytoplasma steekt. Een membraan is niets anders dan een dubbele laag vetzuren, legt Bollen uit. Dit computermodel kijkt naar de aminozuurvolgorde van een eiwit en berekent welk deel liever in een vetachtige omgeving zit, en welk deel liever in het waterachtige cytoplasma zit
Op basis van dit model komt Bollen tot de conclusie dat twintig aminozuren van het eiwit in de membraan zitten en dat de overige twaalf als soort haakje in het cytoplasma van de bacterie steken. Vervolgens heeft Bollen met behulp van infrarood-spectroscopie gekeken hoe de zuurstofatomen in het eiwit zitten. De zuurstofatomen staan in dezelfde richting als de as van de helix. Dus als ik weet welke kant de zuurstofatomen opstaan, weet ik welke kant de helix opstaat
Bollen heeft een vetzuurmembraan op een glasplaatje gemaakt, daar een oplossing met eiwit op gesmeerd en daar achtereenvolgens onder een hoek van nul en negentig graden licht op laten vallen. Het idee is dat de zuurstofatomen, als de helix inderdaad rechtop staat, bij de ene hoek wel en bij de andere niet zichtbaar zijn. Bij een hoek van negentig graden waren beduidend meer zuurstofatomen zichtbaar dan bij nul graden. De conclusie is dus inderdaad dat het eiwit rechtop staat, aldus Bollen
De uiteindelijke metingen met infrarood-spectroscopie heeft Bollen met zijn begeleider Chantal Houbiers in Brussel gedaan. Eerder al had Bollen twee maanden tevergeefs een andere techniek geprobeerd. Toen zag ik niet wat ik volgens de theorie hoorde te zien. Daar heb ik deskundigen bijgehaald, maar die konden het ook niet verklaren. Dat ging na twee maanden behoorlijk vervelen. Als je steeds een stapje verder komt, is het niet erg als je een meting steeds moet herhalen. Maar als je echt helemaal niks kunt met de resultaten, raak je op een gegeven moment behoorlijk ontmoedigd.
Door de geslaagde metingen in Brussel kan Bollen zijn vijfmaands afstudeeronderzoek toch nog met een tevreden gevoel afsluiten. Als ik vijf maanden had zitten prutsen, zonder dat er iets was uitgekomen, had ik dat toch wel heel vervelend gevonden.

Re:ageer